数字矿山井下通信解决方案

    华为数字矿山井下通信解决方案，包含基础网络、一体化通信、精确定位、数字广播等四大子系统功能，实现了井下八大系统的统一接入、统一承载及统一管理，解决系统多、管理分散、维护困难等问题，助力客户实现安全、高效运营，帮助矿山企业打造井下安全信息高速公路。

一、概述

    我国在数字矿山建设方面处于起步阶段，井下通信基础薄弱，井下生产过程井上可视性低，矿山生产企业无法随时掌握井下生产、人员分布动态以进行有效分析、管理及决策，安全生产得不到保障，而安全生产已经成为行业及企业立命之本、发展之根。为此，国家安全监管总局2011年07月发出《切实加强金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”建设的通知》中提出规范和推进金属非金属地下矿山安全避险“六大系统”（以下简称“六大系统”）建设工作，切实提高地下矿山企业安全保障能力。“六大系统”中的三大系统(“通信联络系统”、“人员定位系统”、“监测监控系统”)与井下通信紧密相关。当前矿山井下场景主要面临如下通信难题：

1、各系统分散建设，井下布线多，维护困难。

    老矿山由于投资建设早，井下系统建设缺乏统一规划，各系统分散建设，系统与系统之间相互独立，各自拥有独立的站点、回传网络、电源线及信号线，井口光纤资源消耗严重，造成井下线多、布线复杂、维护困难等问题，独立的回传线路由于缺乏保护，易导致唯一通道损坏。

2、井下定位精度低，定位卡漏卡率高，无法满足井下紧急求援需要。

    在地面上，基于GPS的定位技术已经应用非常成熟，但是在地下几百米的矿井巷道及采掘作业面中，无法接收到GPS信息，一般应用场强定位技术。目前在矿井中普遍应用的RFID（Radio Frequency Identification）定位系统覆盖距离短，井下定位基站往往覆盖不足，盲区多且漏卡率高，要提高定位精度只能在井下布密基站，这将导致高成本及难维护，因此一般用于实现区域定位，但区域定位只能满足低精度人员管理的需求，无法应用于紧急救援。

3、有线调度、无线调度两套调度系统分离，无法统一调度。

    由于缺乏统一建设规划，矿井有线与无线两套调度系往往不能互通，井上控制中心需要两套调度系统、两个调度台对井下有线固话、无线手机分别下发调度指令，当一个任务需要同时覆盖两组人员时，两套调度系统的分离不仅造成调度业务效率低下，更可能会导致调度时间、指令出现偏差。

4、井下移动通话质量差，井下井上使用不同手机、不同号码，联系不便。

    当前矿井移动通信一般采用小灵通话或Wi-Fi技术，前者在公网退网后，产业链断裂，各大主要厂商均已退出相关产品的后续研发及维护，出现故障将面临无厂家维护难题；而Wi-Fi本身是无线网路通信技术，缺乏成熟的核心网产品，语音交换能力弱，井下通话质量差，不同AP间切换时通话易中断。而且无论是小灵通还是Wi-Fi手机，均不能在井上使用，因此，员工在井上井下，需要使用两个手机、两个号码，不仅携带不便，调度人员在不知道被叫方位置时，只能同时尝试联系两个号码，联系不便，而如果员工不小心将井上公网的非防爆手机带至井下，将带来安全隐患。

二、解决方案

    华为数字矿山井下通信解决方案，由华为联合众多业界一流合作伙伴共同针对矿山井下通信场景特别打造。华为公司秉承业界最新理念，摒弃单独、分散系统建设原则，以统一、有效、整合的思路建设井下全面的信息化网络，解决方案共包含基础网络、一体化通信、精确定位、数字广播等四大子系统功能，各系统均满足煤矿井下防爆要求。华为数字矿山井下通信解决方案，实现了井下八大系统的统一接入、统一承载及统一管理，改变井下各系统“七国八制”的局面，解决系统多、管理分散、维护困难等问题，助力客户实现安全、高效运营。

                                       图一：华为数字矿山井下通信解决方案

1、基础网络(一网一站)

    数字矿山井下通信解决方案基础网络部分主要采用华为ATN产品，帮助客户打造包含万兆骨干环网及千兆子环网在内的井下工业以太环网。“一网”可承载包含无线通讯系统、人员定位系统、车辆定位系统、工业电视系统、语音广播系统、调度指挥系统、工业自动化系统、安全监控系统在内的八大业务系统；“一站”即综合分站，集成了包含3G Pico基站、定位基站、IP防爆电话、广播终端、AP在内的五大业务分站，采用共站址、共电源、共天线、共传输设计，单站无线信号覆盖800米，并提供5种本安外部接口，满足八大业务系统的一站式接入。“一网一站” 拥有H-QoS特性，能分用户分业务保证服务质量；而1588V2特性则支持承载工业控制自动化业务，并支持通信联络系统向LTE演进；同时整网支持环形冗余保护组网，链路倒换时间<50ms，可保障极端环境下通信顺畅。 “一网一站”与矿山现有的业务支撑系统无缝对接，实现井下业务的统一数据接入、统一通道回传、统一网络管理。

2、一体化通信

   在数字矿山井下通信解决方案一体化通信部分，华为采用当前业界最成熟的CDMA2000 3G制式，在井下综合分站中部署3G Pico基站、防爆IP电话，在井上部署基站控制器BSC、企业核心网、调度机、时钟服务器、网络管理等设备，帮助矿山企业打造井下移动通信专网。通过井下移动3G信号全覆盖以及实现专网与公网互联互通，一部经过防爆处理的公网手机即可井上井下通用，在井下享受3G语音、短信、数据接入及视频通话等公网功能，不仅提升了井下通话体验，更重要的是实现井上井下一机一号，员工不再需要携带两部手机，内部联系更方便；在调度上首次实现了有线调度与无线调度融合，井上调度中心只需通过一个调度台即可同时对井下手机及固定电话下发调度指令，并支持强插强拆等功能，提高调度作业效率。同时，企业专网与运营商公网相互独立，有效避免公网环境影响，保障安全生产。

3、精确定位

    在数字矿山井下通信解决方案精确定位部分，华为与合作伙伴采用了当前业界最新的第3代定位技术，即基于Zigbee技术的信号飞行时间定位解决方案。定位基站集成于综合分站内，定位信号单站覆盖800米，可将井下人员车辆的定位精度由以前的区域性定位缩小至10米，不仅支持人员行走方向判定，井上可基于GIS系统显示井下人员分布走动，还支持行动轨迹记录及回放，使得井下人员车辆管理、协助事故应急救援及遏制超定员生产等更加便利。

4、数字广播

    在数字矿山井下通信解决方案数字广播部分，华为与合作伙伴采用了ALL IP广播解决方案。井下数字广播终端集成于综合分站内，并直接利用井下基础网络进行回传，节省了建网成本。基于IP的特性，井下每个广播终端均拥有单独的IP地址，可灵活分区，不同区域播放不同广播内容。数字广播同时还拥有音质保真度高、不受距离及环境影响等优点，声音穿透力强、传播距离远，更可实现一对一、分区或全员对讲功能，高优先级广播还可进行强插，适合井下业务场景。

三、客户价值

1、万兆工业以太环网，实现八大业务统一接入、承载及管理，有效减少布线。

    数字矿山井下通信解决方案提供万兆骨干环网及千兆子环网组网的井下基础网络子解决方案，解决包含无线通讯系统、人员定位系统、车辆定位系统、工业电视系统、语音广播系统、调度指挥系统、工业自动化系统、安全监控系统在内的八大业务系统统一接入、统一承载、统一管理，有效改变井下各个系统孤立、分散、低效的现状，降低总体建设成本并减少布线。

2、综合分站集成5种业务分站，有效减少80%站点数量，简化部署及运维。

    综合分站集成了包含3G Pico基站、定位基站、IP防爆电话、广播终端、AP在内的五大业务分站，单站覆盖800米，可有效减少80%的业务站点数量；提供5种本安外部接口，一站接入八大业务，实现井下各业务站点的统一规划、统一实施、统一维护，简化井下部署及运维。

3、实现井上井下一机一号，提升井下移动通话体验，实现有线无线统一调度。

   通过建设企业井下移动通信专网，并实现公网专网互联互通，矿山企业员工日常只需要一部经防爆处理的公网手机，一个公网号码，即可在井上井下同时使用，在井下专网享受井上公网相同的通话体验。并通过整合有线、无线两套调度系统，井上一个调度台可同时对井下手机、固话下发调度指令，实现统一调度。

4、实现井下人员车辆10米高精度定位，支持行动轨迹记录及回放。

    提供井下精确定位功能，实现对井下人员、车辆的10米定位，井上调度中心可基于GIS系统显示井下所有人员的分布及走动，支持行动轨迹记录及回放，满足井下人员管理、事故应急处理及遏制超员、定员生产等要求。